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低温等离子体接枝改性聚合物膜基础研究及其应用

陈剑  
【摘要】:等离子体改性技术能快速、高效地引发常规反应中不能或很难实现的物理或化学变化,赋予膜材料表面各种优异性能,而不改变基体材料本身的性质,是拓展高分子膜材料应用范围的一种重要方法。 本文以聚丙烯腈(PAN)超滤膜和聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为基材,利用低温等离子体技术对其进行接枝改性,在膜表面引入不同的单体,使膜表面孔径大小可以进行控制和调节,达到提高分离性能的目的。 采用气相接枝技术在 PAN 膜表面引入疏水性单体苯乙烯,用液相接枝技术在 PAN 膜表面引入亲水性单体 N-乙烯吡咯烷酮(NVP)。通过傅立叶红外光谱(FT-IR) 和 X 射线光电子能谱(XPS)分析膜的表面结构变化,用差示扫描量热仪(DSC)分析接枝前后膜表面孔径的变化。研究了等离子体照射功率、照射时间、接枝时间对膜分离性能的影响以及水通量的变化规律。考察了 PAN 接枝苯乙烯改性膜对润滑油脱蜡溶剂(甲苯和丁酮)体系的分离性能及其酮苯溶剂浓度对分离性能的影响,结果表明,采用接枝的 PAN 膜用来回收溶剂甲苯丁酮效果良好,可使苯酮溶剂的含量由 83.94wt%提高到 98.42wt%,对润滑油的截留率达到了90.2%。此外,考察了 PAN 接枝 NVP 改性膜的脱盐率,结果表明,在 2MPa 操作压力下,对混合盐(MgSO_4、NaCl)/体系的脱盐率最高达到 83.54%。 采用低温等离子体接枝技术改性聚偏氟乙烯膜(PVDF),在 PVDF 膜表面引入疏水性单体苯乙烯,通过改变反应条件,达到改变膜表面孔径大小的目的。采用傅立叶红外光谱仪(FTIR-ATR)和原子力显微镜(AFM)考察改性前后 PVDF 膜的官能团的变化;通过接触角的变化考察改性前后亲疏水性。采用示差扫描量热仪(DSC)分析 PVDF 改性前后膜的孔径分布,考察改性条件对膜孔径大小和分布的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)观测了 PVDF 膜改性前后表面形态的变化。结果表明,随着接枝时间的延长、接枝温度的提高,PVDF 改性膜的孔径分布变窄,纯水通量下降,接枝率提高。


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